(57)【要約】【課題】複数の膜のトータル膜厚がλ／４とは異なる値の場合においても、無反射膜の設計の自由度を向上させることができる半導体光素子装置を提供する。【解決手段】無反射膜を、それぞれ屈折率が１よりも大きな値を有する複数の膜であって、半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも高い値の屈折率を有する高反射率膜（第１の膜７、第３の膜９、第５の膜１１）と、半導体レーザ３１の実効屈折率の平方根の値よりも低い値の屈折率を有する低屈折率膜（第２の膜８、第４の膜１０、第６の膜１２、第７の膜１３）とを用いて構成された複数の膜により構成する。この複数の膜は、複数の膜それぞれが単一の組成からなるとともに、複数の膜の組成の種類が３以上であり、かつ、全体として振幅反射率の実部と虚部とがともにゼロとなるように構成されている。【選択図】図３
2010219568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光素子と、
該半導体光素子が出射した出射光が入射されるとともに、特定の波長の光に対して、入射光と該入射光が反射された反射光とを干渉させて、光の反射率を実質的にゼロにする無反射膜とを備え、
該無反射膜は、
それぞれ屈折率が１よりも大きな値を有する複数の膜であって、前記半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも高い値の屈折率を有する高屈折率膜と、前記半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも低い値の屈折率を有する低屈折率膜とを用いて構成された複数の膜からなり、
該複数の膜は、該複数の膜それぞれが単一の組成からなるとともに、複数の膜の組成の種類が３以上であり、かつ、全体として振幅反射率の実部と虚部とがともにゼロとなるように構成された、半導体光素子装置。
【請求項２】
前記複数の膜は、それぞれの膜厚と屈折率との積の総和が、前記半導体光素子が出射する光の１／４波長よりも大きい、請求項１に記載の半導体光素子装置。
【請求項３】
前記複数の膜のうち前記半導体光素子に隣接するように設けられた隣接膜は、他の膜よりも熱伝導率が大きい、請求項１または２に記載の半導体光素子装置。
【請求項４】
前記隣接膜が、窒化アルミニウムである、請求項３に記載の半導体光素子装置。
【請求項５】
前記無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が１００ｎｍ以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子装置。
【請求項６】
前記半導体光素子に隣接する第１層膜は、前記半導体光素子の実効屈折率の平方根より小さい屈折率を有する材料により構成された、請求項１または２に記載の半導体光素子装置。
【請求項７】
前記半導体光素子に接する第１層膜および該第１層膜に接する第２層膜それぞれは、前記半導体光素子の実効屈折率の平方根より小さい屈折率を有する材料により構成された、請求項１または２に記載の半導体光素子装置。
【請求項８】
前記半導体光素子は、半導体レーザ、半導体増幅器、スーパールミネセントダイオード、および半導体光変調器のうちのいずれかである、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体光素子装置。
【請求項９】
前記半導体光素子が半導体レーザである請求項１〜７のいずれかに記載の半導体光素子装置と、
前記半導体素子装置の外部に設けられた前記無反射膜の反射率よりも高い反射率を有する第１反射膜と、
前記半導体素子装置の前記無反射膜が設けられている端面とは異なる端面に設けられ、所定の波長の光に対して前記無反射膜の反射率よりも高い反射率を有する第２反射膜とを備え、
前記第１反射膜および前記第２反射膜それぞれで反射された特定の波長の光は、前記無反射膜を透過するとともに、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間で発振する、半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
前記第１反射膜は、光ファイバ内に設けられたファイバグレーティングまたはフィルタである、請求項９に記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を出射する半導体光素子を備えた半導体光素子装置およびそれが用いられた半導体レーザモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、図１９を用いて、特開２００１−１９６６８５号公報に開示された従来の半導体光素子装置の構成を説明する。従来の半導体光素子装置は、図１９に示すように、半導体光素子の一例の実効屈折率がｎcの半導体レーザ１０１と半導体レーザ１０１の光の出射面に接して設けられた無反射膜とを備えている。
【０００３】
また、無反射膜は、半導体レーザ１０１の端面に接して設けられ、屈折率がｎ1でありかつ膜厚がｄ1である第１の膜１０２、第１の膜１０２の端面に接して設けられ、屈折率がｎ2でありかつ膜厚がｄ2である第２の膜１０３、および、第２の膜１０３の端面に接して設けられ、屈折率がｎ3でありかつ膜厚がｄ3である第３の膜１０４とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９６６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２０には、実効屈折率がｎc＝３．２である半導体レーザに用いられた無反射膜の反射率の波長依存性のデータが示されている。図２０に示すデータは、波長λ＝１．３μｍの光を半導体レーザが出射したときの無反射膜の反射率の波長依存性のデータである。
【０００６】
図２０のデータ１０５は、屈折率がｎ1＝１．６でありかつ膜厚ｄ1＝１０６．２ｎｍのアルミナ、屈折率ｎ2＝３．２でありかつ膜厚ｄ2＝１０．６ｎｍのアモルファスシリコン、および、屈折率ｎ3＝１．４５でありかつ膜厚ｄ3＝７３．９ｎｍの石英により構成された無反射膜の反射率の波長依存性を示すデータである。
【０００７】
また、図２０のデータ１０６は、屈折率ｎ1＝１．６でありかつ膜厚ｄ1＝５１２．５ｎｍのアルミナ、屈折率ｎ2＝３．２でありかつ膜厚ｄ2＝１０．６ｎｍのアモルファスシリコン、および、屈折率ｎ3＝１．４５および膜厚ｄ3＝７３．９ｎｍの石英により構成された無反射膜の反射率の波長依存性を示すデータである。
【０００８】
半導体レーザ１０１の実効屈折率ｎc＝３．２の場合、その平方根の屈折率はｎf＝１．７８８８５である。また、波長λ＝１．３μｍの光においては、波長λの１／４は３２５ｎｍとなる。
【０００９】
前述の３種類の膜のトータル膜厚（ｄ1×ｎ1＋ｄ2×ｎ2＋ｄ3×ｎ3）がλの１／４とほぼ等しい場合には、波長依存性を示すデータ１０５に示すように、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は２５７ｎｍとなる。
【００１０】
一方、無反射膜の熱伝導率を高めるため、３種類の膜のトータル膜厚（ｄ1×ｎ1＋ｄ2×ｎ2＋ｄ3×ｎ3）を約９６１ｎｍにすると、波長依存性を示すデータ１０６に示すように、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が７８ｎｍになる。
【００１１】
従来の半導体光素子装置は、半導体光素子の一例の半導体レーザの無反射膜に、前述の３種類の膜が用いられている。しかしながら、その３種類の膜のトータル膜厚（各層ごとに膜厚と屈折率とを掛けたものの総和）をλ／４以外のλ／４の整数倍の値にすると、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が極端に狭くなる。より具体的に言うと、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲を１００ｎｍ以上にすることが困難であるという問題がある。したがって、特開２００１−１９６６８５号公報に開示された従来の半導体光素子装置では、トータル膜厚をλ／４とは異なる値にすることができない。
【００１２】
そこで、上述の特開２００１−１９６６８５号公報に開示された従来の半導体光素子装置に生じる問題を解決する手段として、本願の発明者らは、本願の出願時において非公開の技術として、組成が異なる２種類の膜の振幅反射率の実部と虚部とをそれぞれゼロにするという設計手法により無反射膜を形成することを検討している。この設計手法によれば、組成が異なる２種類の膜のトータル膜厚をλ／４とは異なる値にすることが可能になる。
【００１３】
しかしながら、この設計手法では、無反射膜を構成する膜が２種類のみであるため、半導体光素子装置の無反射膜の設計の自由度を向上させることができない。この設計手法では、たとえば、振幅反射率の実部と虚部とがそれぞれゼロになる２種類の膜以外に、３種類目の膜として、半導体レーザの熱を効率よく放射することを可能にする膜を設けることができない。
【００１４】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の膜のトータル膜厚がλ／４とは異なる値の場合においても、無反射膜の設計の自由度を向上させることができる半導体光素子装置およびそれが用いられた半導体レーザモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体光素子装置は、半導体光素子と、半導体光素子が出射した出射光が入射されるとともに、特定の波長の光に対して、入射光と入射光が反射された反射光とを干渉させて、光の反射率を実質的にゼロにする無反射膜とを備えている。
【００１６】
また、無反射膜は、それぞれ屈折率が１よりも大きな値を有する複数の膜であって、半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも高い値の屈折率を有する高屈折率膜と、半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも低い値の屈折率を有する低屈折率膜とを用いて構成された複数の膜により構成されている。
【００１７】
また、複数の膜は、複数の膜それぞれが単一の組成からなるとともに、複数の膜の組成の種類が３以上であり、かつ、全体として振幅反射率の実部と虚部とがともにゼロとなるように構成されている。
【００１８】
上記の構成によれば、膜の組成の種類が３以上で構成された複数の膜のうち屈折率のみが既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜と、膜厚および屈折率がともに既知の膜とを用いて、複数の膜の全体の振幅反射率の実部と虚部とがともにゼロになるように、前述の特定の２種類の膜それぞれの膜厚を決定する設計手法を用いることができる。
【００１９】
この設計手法によれば、無反射膜が２種類の膜で構成され、その２種類の膜の振幅反射率の実部と虚部とがともにゼロになるように設計する本願の発明者らが以前から検討している手法に比較して、無反射膜の設計の自由度が向上する。
【００２０】
複数の膜は、それぞれの膜厚と屈折率との積の総和が、半導体光素子が出射する光の１／４波長よりも大きいことが望ましい。
【００２１】
このように、複数の膜それぞれの膜厚と屈折率との積の総和が、半導体光素子が出射する光の１／４波長よりも大きい場合に、上述の無反射膜の設計手法を用いれば、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲を、容易に、従来の無反射膜よりも広くすることができる。
【００２２】
また、複数の膜のうち半導体光素子に隣接するように設けられた隣接膜は、他の膜よりも熱伝導率が大きいことが望ましい。また、隣接膜としては、窒化アルミニウムが適している。
【００２３】
上記の構成によれば、半導体光素子の熱を効率的に放出することが実現された半導体光素子装置を、上記設計手法を用いて容易に設計することができる。
【００２４】
また、複数の膜のうち半導体光素子に隣接するように設けられた隣接膜である第１層膜を半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも小さい屈折率を有する材料により構成することが望ましい。
【００２５】
さらに、前述の第１層膜および第１層膜に隣接するように設けられた第２層膜のそれぞれを、前述の半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも小さい屈折率を有する材料により構成することが望ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、第１層膜および第２層膜それぞれ内での光の吸収、ならびに第１層膜と第２層膜との界面での光の吸収を抑制することができる。そのため、第１層膜〜第２層膜の間での光の吸収に起因する劣化が生じ難い半導体光素子を、上記設計方法を用いて容易に設計することができる。
【００２７】
また、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は１００ｎｍ以上である。
上記の構成によれば、通常の状態における半導体光素子が出射する光の波長の変化に柔軟に適応することができる。
【００２８】
また、前述の半導体光素子は、半導体レーザ、半導体増幅器、スーパールミネセントダイオード、および半導体光変調器のうちのいずれであってもよい。
【００２９】
本発明の半導体レーザモジュールは、前述の半導体光素子が半導体レーザである半導体光素子装置を用いた半導体レーザモジュールである。半導体レーザモジュールは、半導体素子装置の外部に設けられた無反射膜の反射率よりも高い反射率を有する第１反射膜と、半導体素子装置の無反射膜が設けられている端面とは異なる側の端面に設けられた、所定の波長の光に対して無反射膜の反射率よりも高い反射率を有する第２反射膜とを備えている。
【００３０】
また、第１反射膜および第２反射膜それぞれで反射された特定の波長の光は無反射膜を透過する。それにより、第１反射膜と第２反射膜との間で光が発振する。
【００３１】
上記の構成によれば、前述の１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が従来の無反射膜よりも広くなった無反射膜を利用して、半導体レーザ自身の利得と無反射膜の反射率とにより決定される発振を抑制することができる。
【００３２】
本発明の半導体レーザモジュールは、第１反射膜は、光ファイバ内に設けられたファイバグレーティングまたはフィルタであることが望ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、複数の膜のトータル膜厚がλ／４とは異なる値の場合においても、無反射膜の設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に関する波長λで反射率がゼロとなる２層構造の無反射膜について説明するための図である。
【図２】本発明に関する波長λで反射率がゼロとなる４層構造の無反射膜について説明するための図である。
【図３】実施の形態１の半導体レーザの無反射膜を説明するための図である。
【図４】実施の形態１の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図５】実施の形態１の他の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図６】実施の形態２の半導体レーザの無反射膜を説明するための図である。
【図７】実施の形態２の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図８】実施の形態２の他の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図９】実施の形態３の半導体レーザの無反射膜を説明するための図である。
【図１０】実施の形態３の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図１１】実施の形態３の他の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図１２】実施の形態３のさらに他の例の半導体レーザの無反射膜を説明するための図である。
【図１３】実施の形態３のさらに他の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図１４】実施の形態３の別の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図１５】実施の形態４の無反射膜を有する半導体レーザとファイバグレーティングと備えた半導体レーザモジュールを示す図である。
【図１６】実施の形態４の半導体レーザモジュールにおける、半導体レーザの利得と損失との関係を示す図である。
【図１７】実施の形態４の半導体レーザモジュールにおいて、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が狭い無反射膜を使用した場合に、利得の分布が波長が小さい側に移動したときの、半導体レーザの利得と損失との関係を示した図である。
【図１８】実施の形態４の半導体レーザモジュールにおいて、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が広い場合の、半導体レーザの利得と損失との関係を示した図である。
【図１９】従来の半導体光素子の無反射膜を説明するための図である。
【図２０】従来の半導体光素子の無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図２１】実施の形態５の半導体レーザの無反射膜を説明するための図である。
【図２２】実施の形態５の第１の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図２３】実施の形態５の第２の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図２４】実施の形態５の第３の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図２５】実施の形態５の第４の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図２６】実施の形態５の第５の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図２７】実施の形態５の第６の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図２８】実施の形態６の半導体レーザの無反射膜を説明するための図である。
【図２９】実施の形態６の第１の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３０】実施の形態６の第２の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３１】実施の形態６の第３の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３２】実施の形態６の第４の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３３】実施の形態６の第５の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３４】実施の形態６の第６の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３５】実施の形態７の半導体レーザの無反射膜を説明するための図である。
【図３６】実施の形態７の第１の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３７】実施の形態７の第２の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３８】実施の形態７の第３の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３９】実施の形態７の第４の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図４０】実施の形態７の第５の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図４１】実施の形態７の第６の例の半導体レーザの無反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態の半導体光素子装置を説明する。
実施の形態１. 
以下、本実施の形態の半導体光素子装置の基本となる「特定の波長λで無反射になる２層構造の無反射膜」について説明する。
【００３６】
図１に示す２層構造の無反射膜は、屈折率がｎ1でありかつ膜厚がｄ1である第１の膜１と屈折率がｎ2でありかつ膜厚がｄ2である第２の膜２とからなる２層構造膜、および、実効屈折率がｎcである半導体レーザ３１が、屈折率が１である空気または窒素等の空間３２内に設けられている。
【００３７】
光の波長をλ、未知数である第１の膜１および第２の膜２それぞれの位相をφ1およびφ2とすると、次式（１ａ），（１ｂ）が成立する。
【００３８】
【数１】
2010219568.tif 000003
【００３９】
このとき、振幅反射率ｒは次式（２）で表わされる。
【００４０】
【数２】
2010219568.tif 000004
【００４１】
この振幅反射率ｒの実部と虚部とがそれぞれゼロとなるときの、未知数である第１の膜１および第２の膜２それぞれの膜厚ｄ1および膜厚ｄ2を算出する。逆に言うと、算出された第１の膜１および第２の膜２それぞれの膜厚ｄ1および膜厚ｄ2を有する２層構造の膜は、振幅反射率がゼロの無反射膜となる。
【００４２】
また、電力反射率Ｒは、｜ｒ｜2で表わされる。このとき、次式（３ａ）（３ｂ）を満たす場合に電力反射率Ｒはゼロとなる。
【００４３】
【数３】
2010219568.tif 000005
【００４４】
たとえば、半導体レーザ３１の実効屈折率ｎcをｎc＝３．３７とし、第１の膜１をＴａ2Ｏ5（ｎ2＝２．０５７）、第２の膜２をＡｌ2Ｏ3（ｎ1＝１．６２）、および、光の波長を９８０ｎｍとすると、第１の膜１の膜厚ｄ1および第２の膜の膜厚ｄ2がそれぞれ７１．３４ｎｍおよび８６．２０ｎｍのとき、第１の膜１および第２の膜２からなる２層構造の膜は、振幅反射率の実部と虚部とがそれぞれゼロになる。
【００４５】
次に、前述の第１の膜１および第２の膜２からなる２層構造の無反射膜をさらに２段重ねした４層構造の無反射膜について説明する。図２に示すように、実効屈折率がｎcである半導体レーザ３１と、４層構造の無反射膜とが、屈折率が１である空気または窒素等の空間３２内に設けられている。
【００４６】
４層構造の無反射膜は、屈折率がｎ1でありかつ膜厚がＡｄ1である第１の膜３、屈折率がｎ2でありかつ膜厚がＡｄ2である第２の膜４、屈折率がｎ1でありかつ膜厚がＢｄ1である第３の膜５、および、屈折率がｎ2でありかつ膜厚がＢｄ2である第４の膜６により構成されている。
【００４７】
前述のＡおよびＢは、所定のパラメータである。４層構造の無反射膜の振幅反射率の実部と虚部とがそれぞれゼロとなるときの、４層構造の無反射膜の各膜の膜厚の算出手法には、上記２層構造の無反射膜の場合と同様の手法を用いることが可能である。つまり、次式（３ｃ）（３ｄ）を用いて、振幅反射率ｒの実部と虚部とがそれぞれゼロとなるときの、膜厚ｄ1および膜厚ｄ2を算出する。
【００４８】
【数４】
2010219568.tif 000006
【００４９】
たとえば、半導体レーザの実効屈折率ｎcは、ｎc＝３．３７であるものとする。また、第１の膜３および第３の膜５は、それぞれＡｌ2Ｏ3（ｎ1＝１．６２）により構成されているものとする。また、第２の膜４および第４の膜６は、それぞれＴａ2Ｏ5（ｎ2＝２．０５７）により構成されているものとする。
【００５０】
また、光の波長は９８０ｎｍであるものとする。さらに、たとえば、パラメータは、Ａ＝１．２およびＢ＝０．８であるものとする。未知数である第１の膜および第３の膜の膜厚ｄ1ならびに第２の膜および第４の膜の膜厚ｄ2が、それぞれ３６．２０ｎｍおよび２７.１７ｎｍのとき、４層構造の無反射膜は、振幅反射率ｒがゼロとなる。
【００５１】
さらに、屈折率ｎ3でありかつ膜厚ｄ3の他の材料が、上記２層構造にさらに付け加えられた無反射膜について説明する。この無反射膜の設計においては、他の膜の膜厚ｄ3の値が予め与えられている。つまり、この無反射膜の設計においては、次式（４）および（５）で表わす他の材料の位相φ3は既知であるとして取扱われる。
【００５２】
また、第１の膜および第２の膜それぞれの位相φ1および位相φ2は未知数である。２層構造に他の材料が付加された無反射膜においても、前述の２層構造の無反射膜の設計手法と同様の手法、すなわち、振幅反射率ｒの実部と虚部とをそれぞれゼロにする手法を用いることにより、膜厚ｄ1および膜厚ｄ2が算出される。
【００５３】
それにより、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜に、屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の１種類の他の膜が付加され、特定の波長λに対して振幅反射率ｒがほぼゼロになる無反射膜を構成する特定の２種類の膜の膜厚が決定される。
【００５４】
【数５】
2010219568.tif 000007
【００５５】
【数６】
2010219568.tif 000008
【００５６】
また、５層構造の無反射膜の設計手法では、式（６）が用いられる。この式（６）を用いた場合にも、式（３ｃ）で示す振幅反射率ｒの実部と虚部とがそれぞれゼロになるように、膜厚ｄ1および膜厚ｄ2が算出される。
【００５７】
それにより、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜が２段重ねされた４層構造に、屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の１種類の膜が付加され、特定の波長λに対して振幅反射率がほぼゼロになる無反射膜を構成する特定の２種類の膜の膜厚が決定される。
【００５８】
【数７】
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【００５９】
また、７層構造の無反射膜の設計手法では、式（７）が用いられる。この式（７）を用いた場合にも、式（３ｃ）で示す振幅反射率ｒの実部と虚部とがそれぞれゼロになるように、膜厚ｄ1および膜厚ｄ2が算出される。
【００６０】
それにより、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜が３段重ねされた６層構造に、屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の１種類の膜が付加され、特定の波長λに対して振幅反射率がほぼゼロになる無反射膜を構成する特定の２種類の膜の膜厚が決定される。
【００６１】
【数８】
2010219568.tif 000010
【００６２】
以下、本実施の形態の７層構造の無反射膜を有する半導体光素子装置を説明する。
図３に示すように、本実施の形態の７層構造の半導体光素子装置は、半導体レーザ３１と、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜が３段重ねされた６層構造に、屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の１種類の膜が付加された無反射膜とが、屈折率が１である空気または窒素等の空間３２内に設けられるように構成されている。
【００６３】
無反射膜は、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第１の膜７（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ａｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第２の膜８（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ａｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第３の膜９（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ｂｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第４の膜１０（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ｂｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第５の膜１１（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ｃｄ1）、および、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第６の膜１２（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ｃｄ2）の６層構造と、石英（ＳｉＯ2）の第７の膜１３（屈折率ｎ3＝１．４５および膜厚ｄ3＝５０ｎｍ）とから構成されている。なお、膜厚を示す式の中の代数Ａ、ＢおよびＣは、前述した所定のパラメータである。
【００６４】
前述の７層構造の無反射膜によれば、Ａ＝２．８５、Ｂ＝２．０およびＣ＝２．０で、酸化タンタルおよびアルミナの位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．４８５３５２および０．８７２８４１であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで、無反射膜の振幅反射率ｒの実部と虚部とをそれぞれゼロにすることができる。
【００６５】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜＝Ａｄ1／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／ｄ3＝１０４．８９ｎｍ／２３９．５０ｎｍ／７３．６０ｎｍ／１６８．０７ｎｍ／７３．６０ｎｍ／１６８．０７ｎｍ／５０ｎｍとなる。
【００６６】
したがって、各層の膜厚と屈折率とを掛け合わせたものの総和であるトータル膜厚は１５２３．５９ｎｍである。この値は、光の波長λの１／４である膜厚２４５ｎｍの約６．２倍である。したがって、トータル膜厚は、従来に比較して非常に厚いものとなっている。
【００６７】
このとき、無反射膜の反射率の波長依存性は、図４に示すように、バスタブ形状に近くなっている。また、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は、１７７ｎｍになっている。したがって、本実施の形態の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は、従来の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して、非常に広くなっている。
【００６８】
後述するように、半導体レーザとファイバグレーティングとを組合わせる場合には、所望の波長λ（たとえば９８０ｎｍ）をバスタブ形状の反射率分布の中心にすることが望ましい。
【００６９】
この場合には、酸化タンタルおよびアルミナの位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．４８８９９４および０．８５９２８３とし、波長λ＝９４０ｎｍで反射率がゼロになるように無反射膜を設計すればよい。
【００７０】
なお、このとき各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜＝Ａｄ1／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／ｄ3＝１０１．３６ｎｍ／２２６．１６ｎｍ／７１．１３ｎｍ／１５８．７１ｎｍ／７１．１３ｎｍ／１５８．７１ｎｍ／５０ｎｍである。
【００７１】
前述の所望の波長λ（たとえば９８０ｎｍ）をバスタブ形状の反射率分布の中心にした無反射膜の反射率の波長依存性を図５に示す。無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は１６６ｎｍである。したがって、この無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は、従来の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して、非常に広くなっている。
【００７２】
実施の形態２. 
次に、実施の形態２の半導体光素子装置を図６〜図８を用いて説明する。
【００７３】
本実施の形態の半導体光素子装置は、半導体レーザ３１と、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜が３段重ねされた６層構造に、屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の１種類の膜が付加された無反射膜とが、屈折率が１である空気または窒素等の空間３２内に設けられるように構成されている。
【００７４】
また、図６に示すように、無反射膜は、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第１の膜１４（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ａｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第２の膜１５（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ａｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第３の膜１６（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ｂｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第４の膜１７（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ｂｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第５の膜１８（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ｃｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第６の膜１９（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ｃｄ2）、および、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の第７の膜２０（屈折率ｎ3＝２．０７２、膜厚ｄ3＝５０ｎｍ）を備えている。なお、膜厚を示す式の中の代数Ａ、ＢおよびＣは、所定のパラメータである。
【００７５】
上記の構成によれば、Ａ＝２．７、Ｂ＝３．０およびＣ＝２．０で、酸化タンタルおよびアルミナの位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．６７１５９７および０．４８２５３４であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで、無反射膜の振幅反射率の実部と虚部とをそれぞれゼロにすることができる。
【００７６】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜＝Ａｄ1／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／ｄ3＝１３７．４９ｎｍ／１２５．４４ｎｍ／１５２．７７ｎｍ／１３９．３７ｎｍ／１０１．８５ｎｍ／９２．９２ｎｍ／５０ｎｍである。したがって、トータル膜厚は１４８９．７ｎｍである。この値は、λ／４に相当する値２４５ｎｍの約６．１倍である。従来の半導体光素子装置に比較して非常に膜厚が厚いものとなっている。
【００７７】
このとき、無反射膜の反射率の波長依存性は、図７に示すように、バスタブ形状に近くなる。また、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は１４５ｎｍである。したがって、本実施の形態の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は、従来の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して、非常に広くなっている。
【００７８】
また、所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよびアルミナの位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．６８５７８８および０．４７０１４５とし、波長λの９３８ｎｍで反射率をゼロにするように無反射膜を設計すればよい。
【００７９】
なお、このとき、各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜＝Ａｄ1／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／ｄ3＝１３４．３８ｎｍ／１１６．９８ｎｍ／１４９．３１ｎｍ／１２９．８８ｎｍ／９９．５４ｎｍ／８６．６５／５０ｎｍである。
【００８０】
前述の無反射膜の反射率の波長依存性を図８に示す。この無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は１４１ｎｍである。したがって、この無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は、従来の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して、非常に広くなっている。
【００８１】
実施の形態３. 
次に、実施の形態３の半導体光素子装置を図９〜図１４を用いて説明する。
【００８２】
図９に示すように、本実施の形態の半導体光素子装置は、半導体レーザ３１と、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜が３段重ねされた６層構造に、屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の１種類の膜が付加された無反射膜とが、屈折率が１である空気または窒素等の空間３２内に設けられている。
【００８３】
また、無反射膜は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の第１の膜２１（屈折率ｎ3＝２．０７２、膜厚ｄ3＝５０ｎｍ）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第２の膜２２（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ａｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第３の膜２３（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ａｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第４の膜２４（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ｂｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第５の膜２５（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ｂｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第６の膜２６（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ｃｄ1）、および、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第７の膜２７（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ｃｄ2）を備えている。また、第１の膜２１を構成する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の膜厚は、５０ｎｍである。
【００８４】
本実施の形態の無反射膜には、窒化アルミニウム、酸化タンタルおよびアルミナの３種類の材料が用いられている。窒化アルミニウムの熱伝導率は、約１．８Ｗ／ｃｍ／℃である。酸化タンタルの熱伝導率は、約０．１Ｗ／ｃｍ／℃である。アルミナの熱伝導率は、約０．２Ｗ／ｃｍ／℃である。したがって、３つの材料のうちで窒化アルミニウムの熱伝導率が最も高い。
【００８５】
また、Ａ＝２．０、Ｂ＝２．０およびＣ＝２．０で、酸化タンタルおよびアルミナの位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．４４９５３１および０．９９１７５８であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで、無反射膜は振幅反射率の実部と虚部とがゼロになる。また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜＝ｄ3／Ａｄ1／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝５０ｎｍ／６８．１７ｎｍ／１９０．９７ｎｍ／６８．１７ｎｍ／１９０．９７ｎｍ／６８．１７ｎｍ／１９０．９７ｎｍである。
【００８６】
そのため、トータル膜厚は１４５２．２６ｎｍである。トータル膜厚は、波長λの１／４の値である２４５ｎｍの約５．９倍である。この無反射膜の反射率の波長依存性は、図１０に示すようにバスタブ形状に近くなる。また、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は１５２ｎｍである。
【００８７】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよびアルミナの位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．４４９３２５および１．０００１６とし、波長λ＝９６２ｎｍで、無反射膜の振幅反射率の実部と虚部とをそれぞれゼロにするように無反射膜を設計すればよい。
【００８８】
なお、このとき、各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜＝ｄ3／Ａｄ1／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝５０ｎｍ／５５．８９ｎｍ／１８９．０５ｎｍ／６６．８９ｎｍ／１８９．０５ｎｍ／６６．８９ｎｍ／１８９．０５ｎｍである。この無反射膜の反射率の波長依存性を図１１に示す。この無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は１５１ｎｍとなる。
【００８９】
次に、第１の膜である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が１２０ｎｍである無反射膜を図１２に示す。
【００９０】
図１２において、無反射膜は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の第１の膜２８（屈折率ｎ3＝２．０７２、膜厚ｄ3＝１２０ｎｍ）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第２の膜２９（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ａｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第３の膜３０（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ａｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第４の膜４１（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ｂｄ1）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第５の膜４２（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ｂｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第６の膜４３（屈折率ｎ1＝２．０５７、膜厚＝Ｃｄ1）、および、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第７の膜４４（屈折率ｎ2＝１．６２、膜厚＝Ｃｄ2）を備えている。
【００９１】
また、Ａ＝０．９、Ｂ＝２．０およびＣ＝２．０で、酸化タンタルおよびアルミナの位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．７２６４６８および０．８６０３１６であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで、無反射膜は、振幅反射率の実部と虚部とがそれぞれゼロになる。
【００９２】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜＝ｄ3／Ａｄ1／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝１２０ｎｍ／４９．５８ｎｍ／７４．５５ｎｍ／１１０．１７ｎｍ／１６５．６６ｎｍ／１１０．１７ｎｍ／１６５．６６ｎｍである。したがって、前述の無反射膜のトータル膜厚は１４６１．３８ｎｍである。すなわち、トータル膜厚は、λ／４である２４５ｎｍの約６．０倍である。したがって、従来の無反射膜に比較して、トータル膜厚が非常に厚い無反射膜となっている。
【００９３】
この無反射膜の反射率の波長依存性は、図１３に示すように、バスタブ形状に近くなっている。また、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する範囲は１５０ｎｍである。したがって、従来の無反射膜に比較して無反射膜が１％以下の低反射率で機能する範囲が非常に広くなっている。
【００９４】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合には、酸化タンタルおよびアルミナの位相φ1および位相φ2それぞれを０．７００５２２および０．８９１１３４とし、波長λ＝９４７ｎｍで無反射膜の反射率をゼロにするように、無反射膜を設計すればよい。
【００９５】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜＝ｄ3／Ａｄ1／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝１２０ｎｍ／４６．２０ｎｍ／７４．６２ｎｍ／１０２．６６ｎｍ／１６５．８２ｎｍ／１０２．６６ｎｍ／１６５．８２ｎｍである。この無反射膜の反射率の波長依存性を図１４に示す。無反射膜が１％以下の低反射率で機能する範囲は１５３ｎｍとなる。
【００９６】
なお、本実施の形態の無反射膜では第１膜の窒化アルミニウム膜の膜厚が５０ｎｍおよび１２０ｎｍの場合を示したが、第１膜の窒化アルミニウム膜の膜厚は、この値に限られるものではなく、他の値であっても同様の効果を得ることができる。
【００９７】
なお、上記実施の形態１〜３の無反射膜を構成する複数の膜は、それぞれの膜厚と屈折率との積の総和が、半導体光レーザが出射する光の１／４波長よりも大きい場合に、上述の無反射膜の設計手法を用いれば、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲を、容易に、従来の無反射膜よりも広くすることができる。
【００９８】
また、上述したように、複数の膜のうち半導体光素子に隣接するように設けられた隣接膜は、他の膜よりも熱伝導率が大きいことが望ましい。本実施の形態の半導体素子装置では、隣接膜として、窒化アルミニウムが用いられる例を示したが、これに限定されるものではない。このようにすれば、半導体レーザの熱を効率的に放出することが実現された半導体光素子装置を、上記設計手法を用いて容易に設計することができる。
【００９９】
また、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は１００ｎｍ以上であることが望ましい。このようにすれば、通常の状態における半導体光素子が出射する光の波長の変化に柔軟に適応することができる。
【０１００】
実施の形態４. 
次に、本発明の実施の形態の半導体レーザモジュールを、図１５〜図１８を用いて説明する。図１５には、半導体レーザとファイバグレーティングとを備えた半導体レーザモジュールが示されている。
【０１０１】
本実施の形態の半導体レーザモジュールは、図１５に示すように、半導体レーザ２０１と、反射率がＲfであり、半導体レーザ２０１の前端面側に設けられた無反射膜２０３および半導体レーザ２０１の光導波路領域２０４からなる半導体素子装置２００と、反射率がＲrであり、半導体レーザ２０１の後端面側に設けられた反射膜２０２と、光導波路領域２０４から出射した光が通過するレンズ２０５と、レンズ２０５が通過した光が導かれる光ファイバ２０６と、光ファイバ２０６の光通路に設けられた反射率がＲfgであるファイバグレーティング２０７とを備えている。
【０１０２】
本実施の形態の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ２０１の発振波長を安定化させるため、光ファイバ２０６内にファイバグレーティング２０７が設けられている。そのため、光ファイバ２０６内に導かれた特定の波長の光がファイバグレーティング２０７において反射される。
【０１０３】
また、無反射膜２０３が実施の形態１〜３のうちのいずれかの無反射膜で構成されている。また、反射膜２０２が無反射膜２０３よりも高い反射率の膜で構成されている。また、ファイバグレーティング２０７が、無反射膜２０３よりも高い反射率の膜で構成されている。それにより、ファイバグレーティング２０７と反射膜２０２との間で光が共振するように、ファイバグレーティング２０７と反射膜２０２とにより共振器が構成されている。また、レンズ２０５は、半導体レーザ２０１から出射した光を効率よく光ファイバ２０６の光通路内に導くためのものである。
【０１０４】
図１６には、ファイバグレーティング２０７が設けられた本実施の形態の半導体レーザモジュールの、半導体レーザの利得と損失との関係が示されている。ファイバグレーティング２０７は、特定の波長λfgに対しては反射率Ｒfgである。しかしながら、ファイバグレーティング２０７は、特定の波長λfg以外の波長に対しては反射率はほぼゼロである。このため、図１６に示すように、特定の波長λfgで半導体レーザの損失が局所的に極端に小さくなる。図１６に示す利得のデータと損失のデータのうち局所的に小さくなっている部分とが交わる。その結果、通常では、特定の波長λfgのとき半導体レーザモジュールは発振する。
【０１０５】
しかしながら、たとえば、周囲温度が低いときは、半導体レーザの利得の分布が波長の小さい側に移動する。そのため、図１７に示すように、ファイバグレーティング２０７で決まる半導体レーザの損失よりも、無反射膜２０３によって決まる半導体レーザの損失のほうが小さくなる場合がある。このとき、図１７に示す利得のデータと損失のデータのうち局所的に小さくなっている部分以外の部分とが交わる。そのため、半導体レーザモジュールは、波長λfgではなく波長λLDで発振する。その結果、波長λfgの光の強度に対する波長λLDの光の強度の比であるサイドモード抑圧比が小さくなってしまうという不都合、または、前述したようなファイバグレーティング２０７の損失で決まる波長以外の波長で半導体レーザが発振してしまうという不都合が生じる。
【０１０６】
本実施の形態の半導体レーザモジュールは、図１８に示すように、１％以下の低反射率で機能する範囲が１００ｎｍ以上である無反射膜２０３が半導体レーザ２０１の前端面側に設けられている。そのため、図１８に示す損失のデータは、図１６および図１７の損失のデータのように急峻な反り部を有する曲線ではなく、なだらかな陸り状の曲線になっている。その結果、広い範囲の波長においてファイバグレーティング２０７で決まる半導体レーザの損失を無反射膜２０３の反射率で決まる半導体レーザの損失よりも小さくすることができる。すなわち、利得の分布が多少波長が小さい側に移動しようが、多少波長が大きい側に移動しようが、利得のデータと損失のデータのうち局所的に小さくなっている部分とが交わる。したがって、図１７に示す波長λLDで発振することを抑制することができるとともに、半導体レーザ２０１のサイドモード抑圧比が小さくなることを防止することができる。
【０１０７】
なお、上記実施の形態１〜４それぞれの半導体光素子装置としては、無反射膜が７層構造であるものを例にして説明した。しかしながら、本発明の無反射膜の構造は、７層構造に限られるわけではなく、３種類以上の屈折率を有する複数の膜が設けられている構造であれば、９層構造または１１層構造等、何層構造であってもよい。
【０１０８】
また、実施の形態１〜４それぞれの無反射膜のパラメータであるＡ、ＢおよびＣは、各実実施の形態の無反射膜それぞれにおいて一例の所定の数値が示されている。しかしながら、本発明の無反射膜のパラメータは、各実実施の形態の無反射膜に用いた所定の数値に限定されるものではない。無反射膜のパラメータが他の数値であっても、振幅反射率の実部と虚部とをそれぞれゼロにすることができる値でれば、実施の形態１〜４の無反射膜と同様な効果を得ることができる。
【０１０９】
なお、実施の形態１〜４それぞれの半導体光素子装置は、無反射膜を構成する複数の膜の屈折率が３種類である場合を例にして説明された。しかしながら、複数の膜のうちの特定の２種類の膜以外の膜の位相条件、すなわち膜厚を予めを設定しておけば、無反射膜を構成する複数の膜の屈折率が４種類以上の場合であっても、特定の２種類の膜を上述の手法、すなわち、複数の膜の振幅反射率の実部と虚部とをゼロにする手法により膜厚が決定された無反射膜であれば、実施の形態１〜４の無反射膜と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
さらに、実施の形態１〜３の半導体光素子装置それぞれは、半導体光素子の一例として半導体レーザが用いられている例が示されたが、半導体光素子としては半導体増幅器、スーパールミネッセントダイオードまたは光変調器等の半導体光素子であっても、半導体レーザの場合と同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
また、実施の形態１〜４の半導体光素子装置においては、半導体光素子が出射する光の波長としては、９８０ｎｍ近傍の値を用いたが、半導体光素子が出射する光の波長は、この値に限定されるものではなく、可視光、遠赤外線、および赤外線等であっても、実施の形態１〜４それぞれの半導体光素子装置と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
前述のような実施の形態１〜３では、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法により成膜された膜を用いて半導体光素子装置が構成されていた。しかしながら、ＥＢ蒸着法では膜厚の制御性が良好ではない場合がある。したがって、以下の実施の形態５〜７では、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance)スパッタ法を用いることにより膜厚等の制御性が向上した半導体光素子装置が説明される。
【０１１３】
ただし、ＥＣＲスパッタ法を用いる場合には、原因は不明であるが、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）との接合性が良好ではない。したがって、実施の形態５〜７では、石英（ＳｉＯ2）と酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）との接合が利用された半導体光素子装置が用いられる。
【０１１４】
なお、実施の形態５〜７の半導体光素子装置が実施の形態４において説明された半導体レーザに用いられた場合には、実施の形態１〜３の半導体光素子装置が実施の形態４の半導体レーザにより得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
また、以下の実施の形態５〜７のそれぞれにおいては、実施の形態１〜３において説明した２層構造の他に２種類の膜が付加された無反射膜であるが、この無反射膜についても同様に実施の形態１〜３において説明した２層構造の無反射膜の設計手法と同様の手法、すなわち、振幅反射率ｒの実部と虚部とをそれぞれゼロにする手法を用いることにより、後述する膜厚ｄ1および膜厚ｄ2が算出される。
【０１１６】
実施の形態５． 
次に、実施の形態５の半導体光素子装置を図２１〜図２７を用いて説明する。
【０１１７】
図２１に示すように、本実施の形態の半導体光素子装置は、半導体レーザ３１と無反射膜とが、屈折率が１である空気または窒素等の空間３２内に設けられている。無反射膜は、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜が２段重ねされた４層構造に屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の２種類の膜が付加されている。
【０１１８】
より具体的には、無反射膜は、図２１に示すように、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第１の膜４５（屈折率ｎ3＝１．６２９、膜厚ｄ3）、石英（ＳｉＯ2）の第２の膜４６（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ａｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第３の膜４７（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｂｄ1）、石英（ＳｉＯ2）の第４の膜４８（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｂｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第５の膜４９（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｃｄ1）、および石英（ＳｉＯ2）の第６の膜５０（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｃｄ2）から構成されている。なお、膜厚を示す式の中の代数Ａ、ＢおよびＣは、上述した実施の形態１〜３と同様に、所定のパラメータである。
【０１１９】
まず、第１の膜４５であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が１０ｎｍの場合の無反射膜が説明される。なお、本実施の形態およびこれ以降の実施の形態においては、ＥＣＲスパッタ法による成膜が行われた場合における各層の屈折率の一例が示されている。
【０１２０】
本実施の形態の無反射膜によれば、Ａ＝０．１８、Ｂ＝１．９９およびＣ＝２．００で、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．５８１３５５および０．８９９２０３であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで、無反射膜の振幅反射率の実部と虚部とをともにゼロにすることができる。
【０１２１】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝１０／１７．０１／８７．０８／１８８．０７／８７．５２／１８９．０２ｎｍとなる。
【０１２２】
したがって、トータル膜厚は９６２．９１ｎｍである。この値は、光の波長λの１／４である膜厚２４５ｎｍの約３．９倍である。このとき、無反射膜の反射率の波長依存性は、図２２に示すようにバスタブ形状に近くなっている。したがって、前述の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は、２１７ｎｍであり、従来の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して非常に広くなっている。
【０１２３】
また、所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．５８０１３６および０．９０８３４３とし、波長λ＝９４５ｎｍで反射率をゼロにするように無反射膜を設計すればよい。
【０１２４】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝１０／１６．５７／８３．８０／１８３．２０／８４．２２／１８４．１２ｎｍである。
【０１２５】
前述の無反射膜の反射率の波長依存性を図２３に示す。この無反射膜が、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は２１３ｎｍである。
【０１２６】
次に、第１の膜４５であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が２０ｎｍである無反射膜について説明する。前述の無反射膜によれば、Ａ＝０．１２、Ｂ＝１．９０およびＣ＝２．００で、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．６０１５１３および０．９１１８１４であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで、反射率がゼロになる。
【０１２７】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝２０／１１．５０／８６．０３／１８２．０８／９０．５６／１９１．６７ｎｍとなる。トータル膜厚は、９７０．１９ｎｍであり、波長λの１／４の値である２４５ｎｍの約４．０倍である。
【０１２８】
したがって、前述の無反射膜は、従来の無反射膜に比較して、トータル膜厚が非常に厚いものとなっている。このとき、無反射膜の反射率の波長依存性は、図２４に示すように、バスタブ形状に近くなっている。また、前述の無反射膜が１％以下の低反射率で機能する範囲は２２０ｎｍである。したがって、前述の無反射膜は、従来の無反射膜に比較して、無反射膜が１％以下の低反射率で機能する範囲は非常に広くなっている。
【０１２９】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．５９６７３４および０．９２５２１１とし、波長λ＝９３５ｎｍで無反射膜の反射率をゼロにするように、無反射膜を設計すればよい。
【０１３０】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝２０／１１．１３／８１．４３／１７６．２８／８５．７１／１８５．５５ｎｍである。前述の無反射膜の反射率の波長依存性を図２５に示す。無反射膜が１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は２１５ｎｍとなる。
【０１３１】
さらに、第１の膜４５であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が４０ｎｍである無反射膜について説明する。無反射膜は、Ａ＝０．０２、Ｂ＝１．５０およびＣ＝２．００で、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．７８９９７４および０．８８４６９７であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで反射率がゼロになる。
【０１３２】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝４０／１．８６／８９．２０／１３９．４８／１１８．９３／１８５．９７ｎｍとなる。この無反射膜のトータル膜厚は、９８２．１３ｎｍであり、波長λの１／４である２４５ｎｍの約４．０倍となる。したがって、このトータル膜厚は、従来の無反射膜のトータル膜厚に比較して非常に厚いものとなっている。
【０１３３】
このときの無反射膜の反射率の波長依存性は、図２６に示すように、バスタブ形状に近くなっている。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲は２１８ｎｍであり、この範囲は、従来の無反射膜の１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して非常に広い。
【０１３４】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．７７４５６９および０．９０１８７７とし、波長λ＝９２７ｎｍで無反射膜の反射率をゼロにするように無反射膜を設計する。
【０１３５】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2＝４０／１．７９／８２．７３／１３４．５０／１１０．３１／１７９．３３ｎｍである。無反射膜の反射率の波長依存性を図２７に示す。無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が２０８ｎｍとなる。
【０１３６】
なお、前述の６層構造の無反射膜の設計手法では、次に示す式（８）が用いられる。この式（８）を用いた場合にも、式（３ｃ）で示す振幅反射率ｒの実部と虚部とがそれぞれゼロになるように、膜厚ｄ1および膜厚ｄ2が算出される。
【０１３７】
【数９】
2010219568.tif 000011
【０１３８】
実施の形態６． 
次に、実施の形態６の半導体光素子装置を図２８〜図３４を用いて説明する。
【０１３９】
図２８に示すように、本実施の形態の半導体光素子装置は、半導体レーザ３１と無反射膜とが、屈折率が１である空気または窒素等の空間３２内に設けられている。無反射膜は、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜が３段重ねされた６層構造に屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の２種類の膜が付加されている。
【０１４０】
図２８に示すように、本実施の形態の無反射膜は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第１の膜５１（屈折率ｎ3＝１．６２９、膜厚ｄ3）、石英（ＳｉＯ2）の第２の膜５２（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ａｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第３の膜５３（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｂｄ1）、石英（ＳｉＯ2）の第４の膜５４（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｂｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第５の膜５５（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｃｄ1）、石英（ＳｉＯ2）の第６の膜５６（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｃｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第７の膜５７（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｄｄ1）、および石英（ＳｉＯ2）の第８の膜５８（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｄｄ2）により構成されている。
【０１４１】
まず、第１の膜５１であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が１０ｎｍである無反射膜について説明する。
【０１４２】
前述の無反射膜は、Ａ＝０．５０、Ｂ＝２．００、Ｃ＝２．００およびＤ＝２．００で、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．３５６９６５および１．０３９９３であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで反射率をゼロにすることができる。
【０１４３】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2＝１０／５４．６５／５３．７４／２１８．６０／５３．７４／２１８．６０／５３．７４／２１８．６０ｎｍとなる。この無反射膜のトータル膜厚は、１４０４．６５ｎｍであり、波長λの１／４である２４５ｎｍの約５．７倍である。
【０１４４】
したがって、このトータル膜厚は、従来の無反射膜のトータル膜厚に比較して非常に厚い。このとき、無反射膜の反射率の波長依存性は、図２９に示すように、バスタブ形状に近くなっている。また、無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が１１６ｎｍであり、その範囲は従来の無反射膜の１％以下の低反射率で機能する波長の範囲と比較して非常に広いものである。
【０１４５】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ1をそれぞれ０．３５７０１３および１．０３８６とし、波長λ＝９７１ｎｍで無反射膜の反射率をゼロにすればよい。
【０１４６】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2＝１０／５４．０８／５３．２６／２１６．３１／５３．２６／２１６．３１／５３．２６／２１６．３１ｎｍである。前述の無反射膜の反射率の波長依存性を図３０に示す。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が１１５ｎｍである。
【０１４７】
次に、第１の膜５１であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が２０ｎｍである無反射膜について説明する。無反射膜は、Ａ＝０．４２、Ｂ＝２．００、Ｃ＝２．００およびＤ＝２．００で、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．３５５４２５および１．０３０８８であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで反射率がゼロになる。
【０１４８】
また、このときの各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2＝２０／４５．５１／５３．５１／２１６．７０／５３．５１／２１６．７０／５３．５１／２１６．７０ｎｍとなる。トータル膜厚は、１３９７．４８ｎｍであり、波長λの１／４である２４５ｎｍの約５．７倍である。
【０１４９】
したがって、このトータル膜厚は、従来の無反射膜のトータル膜厚に比較して非常に大きい値である。このときの無反射膜の反射率の波長依存性は、図３１に示すように、バスタブ形状に近くなっている。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が１１６ｎｍであり、この値は、従来の無反射膜の１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して非常に大きい値である。
【０１５０】
所望の波長λ＝９８ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．３５５３７および１．０２９５９とし、波長λ＝９７５ｎｍで無反射膜の反射率をゼロにするように無反射膜を設計する。
【０１５１】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2＝２０／４５．２２／５３．２３／２１５．３２／５３．２３／２１５．３２／５３．２３／２１５．３２ｎｍである。前述の無反射膜の反射率の波長依存性を図３２に示す。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が１１５ｎｍである。
【０１５２】
さらに、第１の膜５１であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が４０ｎｍである無反射膜について説明する。無反射膜は、Ａ＝０．３０、Ｂ＝１．９５、Ｃ＝２．００およびＤ＝２．００であり、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．３５６１１２および１．０００３８であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで反射率がゼロになる。
【０１５３】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2＝４０／３１．５４／５２．２７／２０５．０３／５３．６１／２１０．２８／５３．６１／２１０．２８ｎｍとなる。トータル膜厚は、１３７０．８０ｎｍであり、波長λの１／４である２４５ｎｍの約５．６倍になる。
【０１５４】
したがって、このトータル膜厚は、従来の無反射膜のトータル膜厚に比較して非常に厚い。このとき無反射膜の反射率の波長依存性は、図３３に示すように、バスタブ形状に近くなっている。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が１１０ｎｍであり、その範囲は従来の無反射膜の１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して非常に広い。
【０１５５】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．３５６３４４および１．００１３とし、波長λ＝９８３ｎｍで、無反射膜の反射率をゼロにするように無反射膜を設計する。
【０１５６】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2＝４０／３１．６７／５２．４７／２０５．８５／５３．８１／２１１．１２／５３．８１／２１１．１２ｎｍである。無反射膜の反射率の波長依存性を図３４に示す。無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が１１１ｎｍである。
【０１５７】
また、前述の８層構造の無反射膜の設計手法では、次に示す式（９）が用いられる。この式（９）を用いた場合にも、式（３ｃ）で示す振幅反射率ｒの実部と虚部とがそれぞれゼロになるように、膜厚ｄ1および膜厚ｄ2が算出される。
【０１５８】
【数１０】
2010219568.tif 000012
【０１５９】
実施の形態７． 
次に、実施の形態７の半導体光素子装置を図３５〜図４１を用いて説明する。
【０１６０】
図３５に示すように、本実施の形態の半導体光素子装置は、半導体レーザ３１と無反射膜とが、屈折率が１である空気または窒素等の空間３２内に設けられている。無反射膜は、屈折率が既知でありかつ膜厚が未知の特定の２種類の膜が４段重ねされた８層構造に屈折率が既知でありかつ膜厚が既知の特定の２種類の膜が付加されている。
【０１６１】
図３５に示すように、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の第１の膜５９（屈折率ｎ3＝１．６２９、膜厚ｄ3）、石英（ＳｉＯ2）の第２の膜６０（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ａｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第３の膜６１（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｂｄ1）、石英（ＳｉＯ2）の第４の膜６２（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｂｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第５の膜６３（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｃｄ1）、石英（ＳｉＯ2）の第６の膜６４（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｃｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第７の膜６５（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｄｄ1）、石英（ＳｉＯ2）の第８の膜６６（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｄｄ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の第９の膜６７（屈折率ｎ1＝２．０７２、膜厚＝Ｅｄ1）、および石英（ＳｉＯ2）の第１０の膜６８（屈折率ｎ2＝１．４８４、膜厚＝Ｅｄ2）から構成されている。
【０１６２】
まず、第１の膜５９であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が１０ｎｍである無反射膜について説明する。
【０１６３】
前述の無反射膜は、Ａ＝０．６２、Ｂ＝２．００、Ｃ＝２．００、Ｄ＝２．００およびＥ＝２．００で、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．２７６５７１および１．１３７４であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで反射率がゼロになる。
【０１６４】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜／第９の膜／第１０の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2／Ｅｄ1／Ｅｄ2＝１０／７４．１２／４１．６４／２３９．０９／４１．６４／２３９．０９／５１．６４／２３９．０９／４１．６４／２３９．０９ｎｍとなる。トータル膜厚は、１８９０．６３ｎｍであり、波長λの１／４である２４５ｎｍの約７．７倍である。したがって、このトータル膜厚は、従来の無反射膜のトータル膜厚に比較して非常に大きな値となっている。
【０１６５】
このときの無反射膜の反射率の波長依存性は、図３６に示すように、バスタブ形状に近くなっている。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が７９ｎｍであり、その値は従来の無反射膜の１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して大きな値となっている。
【０１６６】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．２７６８０４および１．１３６３６とし、波長λ＝９７１ｎｍで無反射膜の反射率をゼロにするように無反射膜を設計する。
【０１６７】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜／第９の膜／第１０の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2／Ｅｄ1／Ｅｄ2＝１０／７３．３７／４１．２９／２３６．６７／４１．２９／２３６．６７／４１．２９／２３６．６７／４１．２９／２３６．６７ｎｍである。無反射膜の反射率の波長依存性を図３７に示す。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が７７ｎｍである。
【０１６８】
次に、第１の膜５９であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が２０ｎｍである無反射膜について説明する。前述の無反射膜は、Ａ＝０．５４、Ｂ＝２．００、Ｃ＝２．００、Ｄ＝２．００およびＥ＝２．００で、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．２７５４０４５および１．１３９９であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで反射率がゼロになる。
【０１６９】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜／第９の膜／第１０の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2／Ｅｄ1／Ｅｄ2＝２０／６４．７０／４１．４１／２３９．６１／４１．４１／２３９．６１／４１．４１／２３９．６１／４１．４１／２３９．６１ｎｍとなる。トータル膜厚は、１８９４．１３ｎｍであり、波長λの１／４である２４５ｎｍの約７．７倍になる。したがって、このトータル膜厚は、従来の無反射膜のトータル膜厚に比較して非常に大きい値になっている。
【０１７０】
このときの無反射膜の反射率の波長依存性は、図３８に示すように、バスタブ形状に近くなる。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が８０ｎｍであり、この値は従来の無反射膜の１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して大きな値である。
【０１７１】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．２７５５６７および１．１３７５４とし、波長λ＝９７１ｎｍで、無反射膜の反射率をゼロにするように無反射膜を設計する。
【０１７２】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜／第９の膜／第１０の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2／Ｅｄ1／Ｅｄ2＝２０／６３．９７／４１．１１／２３６．９２／４１．１１／２３６．９２／４１．１１／２３６．９２／４１．１１／２３６．９２ｎｍである。この無反射膜の反射率の波長依存性を図３９に示す。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が７９ｎｍである。
【０１７３】
次に、第１の膜５９であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜厚ｄ3が４０ｎｍである無反射膜について説明する。前述の無反射膜は、Ａ＝０．４０、Ｂ＝２．００、Ｃ＝２．００、Ｄ＝２．００およびＥ＝２．００で、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2がそれぞれ０．２７５５６５および１．１１４７９であるとき、波長λ＝９８０ｎｍで反射率がゼロになる。
【０１７４】
また、このとき、各層の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜／第９の膜／第１０の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2／Ｅｄ1／Ｅｄ2＝４０／４６．８７／４１．４９／２３４．３４／４１．４９／２３４．３４／４１．４９／２３４．３４／４１．４９／２３４．３４ｎｍとなる。トータル膜厚は、１８６９．６３ｎｍであり、波長λの１／４である２４５ｎｍの約７．６倍になる。したがって、このトータル膜厚は、従来の無反射膜のトータル膜厚に比較して非常に大きい値になっている。
【０１７５】
このときの無反射膜の反射率の波長依存性は、図４０に示すように、バスタブ形状に近くなる。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が７９ｎｍであり、この値は従来の無反射膜の１％以下の低反射率で機能する波長の範囲に比較して大きな値である。
【０１７６】
所望の波長λ＝９８０ｎｍをバスタブ形状の反射率分布の中心にする場合は、酸化タンタルおよび石英の位相φ1および位相φ2をそれぞれ０．２７５６６３および１．１１３６７とし、波長λ＝９７７ｎｍで、無反射膜の反射率をゼロにするように無反射膜を設計する。
【０１７７】
なお、このときの各膜の膜厚は、第１の膜／第２の膜／第３の膜／第４の膜／第５の膜／第６の膜／第７の膜／第８の膜／第９の膜／第１０の膜＝ｄ3／Ａｄ2／Ｂｄ1／Ｂｄ2／Ｃｄ1／Ｃｄ2／Ｄｄ1／Ｄｄ2／Ｅｄ1／Ｅｄ2＝４０／４６．６８／４１．３７／２３３．３８／４１．３７／２３３．３８／４１．３７／２３３．３８／４１．３７／２３３．３８ｎｍである。この無反射膜の反射率の波長依存性を図４１に示す。この無反射膜は、１％以下の低反射率で機能する波長の範囲が７８ｎｍである。
【０１７８】
また、前述の１０層構造の無反射膜の設計手法では、次に示す式（１０）が用いられる。この式（１０）を用いた場合にも、式（３ｃ）で示す振幅反射率ｒの実部と虚部とがそれぞれゼロになるように、膜厚ｄ1および膜厚ｄ2が算出される。
【０１７９】
【数１１】
2010219568.tif 000013
【０１８０】
また、実施の形態５〜７それぞれの無反射膜のパラメータであるＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥは、各実実施の形態の無反射膜それぞれにおいて一例の所定の数値が示されている。しかしながら、本発明の無反射膜のパラメータは、各実実施の形態の無反射膜に用いた所定の数値に限定されるものではない。無反射膜のパラメータが他の数値であっても、振幅反射率の実部と虚部とをそれぞれゼロにすることができる値でれば、実施の形態５〜７の無反射膜と同様な効果を得ることができる。
【０１８１】
また、実施の形態５〜７それぞれの半導体光素子装置は、無反射膜を構成する複数の膜の屈折率が３種類である場合を例にして説明された。しかしながら、複数の膜のうちの特定の２種類の膜以外の膜の位相条件、すなわち膜厚を予めを設定しておけば、無反射膜を構成する複数の膜の屈折率が４種類以上の場合であっても、特定の２種類の膜を上述の手法、すなわち、複数の膜の振幅反射率の実部と虚部とをゼロにする手法により膜厚が決定された無反射膜であれば、実施の形態５〜７の無反射膜と同様の効果を得ることができる。
【０１８２】
また、実施の形態５〜７においては、第１の膜のアルミナの膜厚が１０ｎｍ、２０ｎｍおよび４０ｎｍの場合の無反射膜を示したが、アルミナの膜厚はこれら値に限定されるものではない。
【０１８３】
また、実施の形態５〜７においては、無反射膜が６層構造、８層構造および１０層構造であるものを示したが、１２層構造以上の偶数層であっても、実施の形態５〜７の無反射膜により得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【０１８４】
また、実施の形態５〜７の半導体光素子装置においては、半導体光素子が出射する光の波長としては、９８０ｎｍ近傍の値を用いたが、半導体光素子が出射する光の波長は、この値に限定されるものではなく、可視光、遠赤外線、および赤外線等であっても、実施の形態５〜７それぞれの半導体光素子装置と同様の効果を得ることができる。
【０１８５】
さらに、実施の形態５〜７の半導体光素子装置それぞれは、半導体光素子の一例として半導体レーザが用いられている例が示されたが、半導体光素子としては半導体増幅器、スーパールミネッセントダイオードまたは光変調器等の半導体光素子であっても、半導体レーザの場合と同様の効果を得ることができる。
【０１８６】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１８７】
１，３，７，１４，２１，２８  第１の膜、２，４，８，１５，２２，２９  第２の膜、５，９，１６，２３，３０  第３の膜、６，１０，１７，２４  第４の膜、１１，１８，２５，４２  第５の膜、１２，１９，２６，４３  第６の膜、１３，２０，２７，４４  第７の膜、３１  半導体レーザ、３２  空間、２００  半導体素子装置、２０１  半導体レーザ、２０２  反射膜、２０３  無反射膜、２０４  光導波路領域、２０５  レンズ、２０６  光ファイバ、２０７  ファイバグレーティング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年7月12日(2010.7.12)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、光を出射する半導体光素子を備えた半導体光素子装置に関するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の膜のトータル膜厚がλ／４とは異なる値の場合においても、無反射膜の設計の自由度を向上させることができる半導体光素子装置を提供することである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光素子と、
該半導体光素子が出射した出射光が入射されるとともに、特定の波長の光に対して、入射光と該入射光が反射された反射光とを干渉させて、光の反射率を実質的にゼロにする無反射膜とを備え、
前記無反射膜は、前記半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも高い値の屈折率と第１の厚さを有する高屈折率膜と、前記半導体光素子の実効屈折率の平方根の値よりも低い値の屈折率と第２の厚さを有する低屈折率膜とから成る一対の層と、
前記一対の層の前記高屈折率の膜と前記低屈折率の膜の厚さを共通の比率で厚くした一対の層を、一対以上有し、
全体として振幅反射率の実部と虚部とがともにゼロとなるように構成された、半導体光素子装置。
【請求項２】
前記無反射膜を構成する各膜は、それぞれの膜厚と屈折率との積の総和が、前記半導体光素子が出射する光の１／４波長よりも大きい、請求項１に記載の半導体光素子装置。